[发明专利]一种具有柔性腰关节的仿生机器人

说明书

本发明公开一种具有柔性腰关节的仿生机器人，包括由两个机体组成的躯体和安装在躯体上足体，所述两个机体之间通过两根弹簧和一连接板连接，连接板位于两根弹簧之间；所述连接板至少与其中一块机体可活动轴接。该机器人模拟了壁虎柔性躯体，使机器人躯体具有柔性，不仅能使机身不产生干涉，而且能够储能和有效地减小冲击，提高了机器人的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种具有柔性腰关节的仿生机器人，属于机器人结构技术领域。

背景技术

当对于履带式机器人和轮式机器人，足式机器人具有适应复杂地形的优点，能够跨越各种障碍，灵敏快速地完成任务。然而，由于重心原因，足式机器人的稳定性较差，容易翻侧。部分足式机器人选择增加足数，以提高机器人的稳定性。但随着足数的增加，机械结构的冗余会降低足式机器人的可靠性，并使机器人的控制变得复杂。如果利用壁虎仿生学，利用弹簧模拟壁虎柔性躯体，可减小冲击，增加机器人的稳定性。此外，如果在机器人足板处增加壁虎仿生黏性材料，机器人将具有爬壁的功能。

柔性机器人的概念自2011年诞生，隔年哈佛大学研究出一种利用硅胶制作的可爬行四足动物。至2017年，用于制作柔性机器人的材料从单一的材料国度到智能材料甚至是生物材料。北京航空航天大学研究的一种具有柔性腰部的灵巧型四足机器人(丁希仑,张群,陈浩,徐坤.一种具有柔性腰部的灵巧型四足机器人[P].中国：CN103661667A，2014-03-26)，目的在于利用铰链设计一种具有柔性腰部的机器人，从而提高机器人在山地环境通行能力。北京交通大学研究的一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人(张秀丽,李冬冬,刘铖,周坤玲.一种具有柔性腰部和弹性腿的柔顺四足机器人[P].中国：CN102343950A,2012-02-08)，目的在于利用电机和齿轮设计一种具有滚转、俯仰和偏转自由度的机器人，增加机器人运动的稳定性。中国科学院沈阳自动化所对仿人机器的柔性腰部机构进行研究(赵铁军,赵明扬,单光坤,王洪光,陈书宏.仿人机器人柔性腰部机构研究[J].机器人,2003,第25卷(第2期)：101-104)，依据人体构成的基本原理，该机器人腰部机构由驱动电机、差动轮系、支撑板、连杆、柔索和变刚度结构单元组成，研究目标是实现人类所具有的直立行走及双手操作功能，同时具有人类运动的灵活性、自主性和适应性。浙江大学研究的一种四足机器人仿生弹簧脊柱机构(李超,吴俊,熊蓉.一种四足机器人仿生弹簧脊柱机构[P].中国：CN102673674A,2012-09-19)，脊柱转动关节上有两个对称的扭簧，并且脊柱的两端连接了一个气动肌腱，以达到增强四足机器人运动能力的目的。西北工业大学设计了一种仿生四足机器人(冯华山,翟明敏,于薇薇,王润孝,秦现生,谭小群.一种仿四足机器人的机身[P].中国：CN102167103A,2011-08-31)，通过模仿猫科动物的身体结构，提出了一种带有腰身自由度、具有很强退步和腰部的连接柔性和腰身柔性的机器人机身，从而使机器人在行走和跳跃过程中能更好地调节姿态。上海大学设计了一种可侧向弯曲和上下弯曲的仿生柔性机体(雷静桃,俞煌颖,吴建东.一种可侧向弯曲和上下弯曲的仿生柔性机体[P].中国：CN103991490A,2014-08-20)，具有柔顺性、灵活性、仿生效果好的特点。

但上述柔性机器人所用材料皆为刚性材料，并不是真正利用硅胶或弹簧等非刚性材料的柔性机器人。至今，真正与柔性机器人相关的研究只有柔性机械臂，如章鱼触手仿生机器人。